【正文】 4． 計算舉例及討論 某閥式反作用液動沖擊器其外徑 178mm，長 。 2m — 沖錘質(zhì)量， kg。 5．上沖程時，坐標(biāo)取向上為正，下沖程時，坐標(biāo)取向下為正。同時，活閥到達(dá)上死點后，又在活閥彈簧作用下迅速下行。 17 2． 3 閥式反作用液動沖擊器 性能分析及參數(shù)計算 2． 3． 1 功率特性及活塞沖錘運動特性分析 閥式反作用液動沖擊器是指依靠高壓液體推動沖錘上行壓縮工作彈簧儲存能量，而以工作彈簧釋放出的能量驅(qū)動沖錘下行進(jìn)行沖擊的沖擊器，其功率特性及活塞沖錘運動特性分析如下： 鉆具處于懸掛狀態(tài)時，鉆頭與井底無接觸，鐵砧在其自身和鉆頭重量作用下，處于最低位置（如圖 1a 所示）。目前由于壓風(fēng)機(jī)能力的限制，孔深均在 50m 左右，若能利用功率和氣壓較高的壓風(fēng)機(jī)或設(shè)計研制特殊的鉆進(jìn)工藝，則鉆孔深度可以 增加，國外有達(dá)孔深為 3， 000m 的報導(dǎo)。在鉆進(jìn)堅硬巖石和大直徑鉆孔中可以使用硬質(zhì)合金鉆頭（包括各種形式的球齒） 代替昂貴的金剛石鉆頭以節(jié)約資金。其最大的特點是直徑小，沖擊功較大，完全有可能在地質(zhì)鉆探中采用，同時所需氣壓僅 ，比較適應(yīng)于現(xiàn)有壓風(fēng)機(jī)的技術(shù)條件。此時活塞被舉起，當(dāng)活塞上行接近上死點時閥片 2 由于下端壓力升 14 高而改變位置并關(guān)閉閥蓋的進(jìn)氣孔⑦，同時開啟閥座上的進(jìn)氣孔⑧，此時壓氣進(jìn)入上空推 動活塞向下沖擊鉆頭。在淺孔、破碎漏失地層和缺水地區(qū)、永凍層等條件下鉆進(jìn)時，其優(yōu)點尤為突出。我國地質(zhì)礦產(chǎn)部勘探技術(shù)研究所曾于六十年代初進(jìn)行過研究 ，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無論是設(shè)計制造和使用都有 13 困難。 蘇聯(lián)設(shè)計的 ГВ3 型蝸輪沖擊器。鉆桿每轉(zhuǎn)動一周則可造成與凸齒齒數(shù)相同的沖擊次數(shù)。蘇聯(lián)地質(zhì)部也于 1985 年開始生產(chǎn) ССГ— 76 型繩索取心式液動沖擊器。美國海灣石油公司設(shè)計的反作用式液動沖擊器就是其中之一。此種類型的液動沖擊器在國外成功的例子很少，而從七十年代開始，我國對此種沖擊器的研制工作取得了很大的成功。這樣的區(qū)分主要以碎巖的機(jī)理而言，所以現(xiàn)在通常所謂的沖擊回轉(zhuǎn)鉆乃是一種通稱。無星期天的全天工作制時，地表鉆為 9 （臺班）；而地下鉆和海拔 2300m 以上的地表鉆為 1440（臺班）； 21 VV及 — 推廣前及推廣后的臺班效率（ m/臺班）； cK — 設(shè)備利用系數(shù)，取作 ~~。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)費用低于回轉(zhuǎn)鉆的主要原因是： (1)由于鉆壓和鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)較低從而減輕了鉆桿和所有管材的磨損，斷鉆桿事故較少， (2)采用金剛石鉆頭時，幾乎可以不用皂化油等昂貴的沖洗液； (3)鉆頭費用低，在 VI~VII 級石英閃長巖、花崗閃長斑巖等巖石中采用人造孕鑲金剛石鉆頭時，鉆頭進(jìn)尺可以超過 120m。 我國自 1958 年開始研制沖擊回轉(zhuǎn)鉆具，許多單位在研制沖擊器和沖擊回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)方面進(jìn)行了好多工作，但后來研究中斷。到五十到六十年代獲得了較為廣泛的應(yīng)用。利用 Г— 3A型液動沖擊器在地質(zhì)鉆探中孔深已達(dá) 700 多米。 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)最適宜于鉆進(jìn)粗粒而不均勻的地層，在 6— 9 級巖石中鉆進(jìn)效果尤為突出。因此可以不大的沖擊功 (數(shù)個公斤米 )就可破碎堅硬巖石，而靜壓人時則需很大的力； 2．切削刃具磨損減少。從 1975 年以后，我國除了地質(zhì)系統(tǒng)廣泛地研制了掖動沖擊器外，其他幾乎全部有鉆探任務(wù)的兄弟部門都對此種鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究，它們在生產(chǎn)實踐 中幾乎部得到了肯定的好評。日本對液動沖擊鉆的研究約有十余年的歷史，比較成功的例子為利根公司研制的 wH— 120N 型雙作用式液動沖擊器，其最大的特點是采用氣液作為工作介質(zhì)。 1867— 1887 年期間，一些企圖代替鉆桿沖擊鉆的潛孔式液動沖擊器相繼出現(xiàn)， 1887 年在英國曾授予德國沃 一般普通刊物（省級、國家級）審核時間為一周，高質(zhì)量的雜志，審核時間為 1420天。如果說學(xué)位申請者的課程考試通過了，但論文在答辯時被評為不合格，那么就不會授予他學(xué)位。所有引用別人的觀點或文字，無論曾否發(fā)表，無論是紙質(zhì)或電子版，都必須注明出處或加以注釋。 液動沖擊器是液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探的關(guān)鍵設(shè)備。隨著中國現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)和發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)增長對液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探不斷提出更高的要求，所以，加速液動沖擊器的研究勢在必行。凡轉(zhuǎn)引文獻(xiàn)資料，應(yīng)如實說明。 有資格申請學(xué)位并為申請學(xué)位所寫的那篇畢業(yè)論文就稱為學(xué)位論文，學(xué)士學(xué)位論文。 核心期刊審核時間一般為 4個月，須經(jīng)過初審、復(fù)審、終審三道程序。布什曼以新鉆井方法的專利，其技術(shù)核心就是利用泵供給的液能驅(qū)動液動沖擊器對回轉(zhuǎn)著的鉆頭進(jìn)行連續(xù)沖擊，從而實現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。 III 我國從 1958 年底開始在地質(zhì)礦產(chǎn)部勘探技術(shù)研究所對液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研 究。這種先進(jìn)的鉆進(jìn)技術(shù)正在地質(zhì)鉆探、石油和天然氣鉆井以及各種工程鉆中穩(wěn)定地發(fā)展著。在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中切削刃具的磨損減少的原因有： (a)鉆進(jìn)中所得的軸向壓力較小，轉(zhuǎn)速很低； (b)體積破碎的摩擦系數(shù)低于表面破碎時的摩擦系數(shù)，而在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中容易達(dá)到體積破巖的程度； (c)鉆速快，切削具的相對磨損就減小， (d)沖擊破碎巖石時刃具與巖石的作用時間很短。近幾年來沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)不僅用于硬合金鉆進(jìn)，而且也應(yīng)用于鋼粒鉆進(jìn)和金剛石鉆進(jìn)以及牙輪鉆進(jìn)，適用的巖層范圍擴(kuò)大了。蘇聯(lián)近幾年研制丁 Г— Г— 9 型液動沖擊器，并且為了增大效能，采用了 ПП— 70 型氣動孔底反射器，其孔深可達(dá) 1500 米或更 深。在此期間，美國在 3500 米的深井中，成功地進(jìn)行了風(fēng)動潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。從 1971 年起，遼寧鐵嶺地質(zhì)隊，長春地質(zhì)學(xué)院等單位又先后開始研制液壓射流式?jīng)_擊器，取得了不少的成就。 (4)動力消耗少。 前式中之 fC 為采用液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆時附加的流動資金費用。 就沖擊器的結(jié)構(gòu)而言，其分類械述如下 一、液動沖擊器 此類沖擊器是目前最為成功的一種典型產(chǎn)品。其中又可分為兩種： (1)射流式波動沖擊器 它是利 用一個典型的雙穩(wěn)射流元件將液流連續(xù)不斷地分配到活塞的上端或下端，從而迫使沖擊錘實現(xiàn)沖擊行程和回程。 4．繩索取心式波動沖擊器 國內(nèi)和國外目前在地質(zhì)礦山鉆探中普遍推 11 廣的繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)均為采用金剛石鉆頭的回轉(zhuǎn)鉆。 實踐證明，繩索取心式液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆可比繩索取心鉆提高鉆進(jìn)速度，延長提鉆周期 和提高回次進(jìn)尺長度。在 1976 一 1979 年問我國甘肅、四川地礦局均曾對與此類似的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過研究。外徑 260mm．水平軸上的偏心體 3，其殼腔之一半充填以鎢之碎塊，碎塊間則以鉛充填，因而形成了一個比重約為 14g／ cm 的偏心塊，而殼腔的另一半則充滿沖洗液，形成一個液力減阻器以減少旋轉(zhuǎn)時的阻力。在英國和蘇聯(lián)曾設(shè)計研究過利用磁致伸縮原理的高頻振動鉆，但有效能量很小，鉆進(jìn)巖石十分困難。 我國研制風(fēng)動潛孔錘及其配套鉆機(jī)是從 1958 年開始， 1964 年進(jìn)行了YQ— 150A 型鉆機(jī)的生產(chǎn)性試驗，而從 1965 年開始推廣，約有二十多年的歷史，積累了豐富的經(jīng)驗。在活塞到達(dá)沖擊點后閥片又換向，壓氣重新進(jìn)入下室并開始第二個工作循環(huán)。 CC60 型沖擊器的主要性能參數(shù)為： 鉆孔直徑， mm 80 全 長， mm 625 氣缸直徑， mm 50 活塞行程， mm 120 沖擊功 ， J 沖擊頻率， HZ ~21 耗氣量： min/3m 5~6 整體質(zhì)量， kg 11 除以上特點外， CC80 型風(fēng)動沖擊器之缸體組合件采用不銹鋼焊條焊接，活閥用 65Mn 鋼制成，淬火硬度 HRC30 一 35。美國英格索蘭公司出產(chǎn)的 I— R 系列潛孔錘其外徑由 93mm 至689mm，可以鉆進(jìn)直徑 I 02— 762mm 的鉆孔。顯然這些問題的解決，就是能否廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探鉆孔的關(guān)鍵。沖錘在沖錘彈簧作用下與鐵砧相接觸，活閥在活閥彈簧作用下坐落在沖錘的上端面處，此時，泥漿經(jīng)活閥上的通水孔，沖錘和鐵砧的內(nèi)孔流向井底。在沖錘與鐵 砧產(chǎn)生沖擊時，活閥與沖錘相接觸，關(guān)閉液流通道，并一同又復(fù)上行，循環(huán)往復(fù)，便形成了連續(xù)沖擊。 （ 1）上沖程 沖錘與活閥一同上行 由于受到水擊壓強的作用，沖錘與活閥一同上行，上行的初速度為零。 1t — 沖錘與活閥一同上行 S 距離所需要的時間， s； 1v — 沖錘與外殼凸肩接觸前的瞬時速度， m/s； 31,dd — 沖錘與活閥的集合尺寸（如圖 2 所示）， m； Bp — 泥漿泵出口壓力， Pa； Hp — 地面管匯和鉆柱內(nèi)損耗壓力， Pa； sp — 水擊壓強（ )0vp ls ?? ， Pa； C— 水擊壓強波的傳播速度， m/s； 0v — 鉆柱內(nèi) 泥漿流速， m/s?；铋y彈簧剛度為4000N/m，沖錘彈簧和活閥彈簧的預(yù)壓縮量均為 30mm。若遇軟地層，應(yīng)以旋轉(zhuǎn)切削為主，沖擊碎巖為輔。 2．使用閥式反作用液動沖擊器時，應(yīng)盡量采用較大的流量和較大剛度的沖錘彈簧。襯套 ll 是沖擊部分上行程限制座，鐵砧 14 與巖心管 16 連接，巖心管下有鉆頭 17。彈簧因被壓縮而積累起來的能量使沖錘下行，直到?jīng)_擊鐵砧。所以這種彈簧必須嚴(yán)格設(shè)計和計算，還必須特殊制造工藝。 3． 工作載荷：（ 1）最小工作載荷 1p ： Np 01? （ 2）最大工作載荷 np ： Np n 9156)1054( 236 ?????? ? 4． 工作行程 h： h=124 1? mm 5． 彈簧中徑 D： D=88mm 6． 端部結(jié)構(gòu)：端部并緊，磨平，支承圈為 1 圈第三章 ГВМС5 液動錘 26 3． 2． 2．參數(shù)計算： 1．初算彈簧剛度 ，p ： mmNh ppp n /74124 091 561 ?????， 2．工作極限載荷 jp ：因為是 I 類載荷： jp ? Npn 9156? 3．彈簧材料直徑 d 及彈簧中徑 D 與有關(guān)參數(shù)： 根據(jù) jp 與 D 條件，從表 11219 得： d D jp jf ，dp 16 90 10405 877 n： 74877 ??? ，ppn d 按照表 11210 取標(biāo)準(zhǔn)值 n= 5．總?cè)?shù) 1n ： 1n =n+2=+2= 6．彈簧剛度 ，p ： mmNnpp d /, ???， 7．工作極限載荷下的變形量 jF ： mmnfF jj ???? 8．節(jié)距 t： mmdnFt j ????? 9．自由高度 0H ： mmdntH 3 7 ??????? ，取標(biāo)準(zhǔn)值 380mm 10．彈簧外徑 2D ： mmdDD 1061690 ????? 第三章 ГВМС5 液動錘 27 11．彈簧內(nèi)徑 1D ： mmdDD 7416901 ????? 28 12．螺旋角 ? ： rc t a na rc t a n ????? Dt? 13．展開長度 L： mmDnL 4118 os os 01 ?????? ? 驗算 1．最小載荷時的高度 1H ： mmppHH 0380101 ????? ， 2．最大載荷時的高度 nH ： mmppHH nn 63800 ????? ， 3．極限載荷時的高度 jH ： mmppHH jj 053800 ????? ， 4．實際工作行程 h： mmHHh n ????? 5．工作區(qū)范圍： 62148915 6。目前沖擊回轉(zhuǎn)已鉆深 800 一 900 米，增大送水泵的能力、增大沖擊器的沖擊功可進(jìn)一步擴(kuò)大其鉆進(jìn)的深度。在這個問題上，應(yīng)該一方面研制可用于泥漿的沖擊器，另一方面，應(yīng)積極改變泥漿性質(zhì)，使用低同相或無固相泥漿，同時還應(yīng)研究整套泥漿的凈化設(shè)備。應(yīng) 適應(yīng)不同要求研制硬合金鉆頭、金剛石鉆頭及牙輪鉆頭。實踐證明，風(fēng)動沖擊器的鉆進(jìn)效率與風(fēng)壓成正比增長，因此，研制高壓大風(fēng)量助空壓機(jī)是當(dāng)務(wù)之急。液動沖占器的優(yōu)化研究應(yīng)當(dāng)滿足上述主要任務(wù)。我國發(fā)展液動沖擊鉆金剛石鉆頭應(yīng)當(dāng)以人孕鑲和聚品類為主。 MOV R0,00H MOV R7,55H MOV IE,84H WDIN: JBC ,TRAN AJMP WDIN TRAN: MOV A,20H MOVX R0,A INC R0 MOV A,21H MOVX R0,A INC R0 MOV A,22H MOVX R0,A INC R0 DJNZ R7,WDIN